GENETICA BACTERIANACurso de MicrobiologaDr. William Guzmn Snchez

La gentica analiza la herencia o la constancia y cambio de las funciones fisiolgicas de los seres vivos. La unidad de la herencia es el GEN que es un segmento de DNA que contiene en su secuencia nucletidos que contienen informacin para una propiedad bioqumica o fisiolgica especfica.El nucletido es la unidad bsica del ADN constituido por: un azcar (pentosa), un grupo fosfrico y una base prica o pirimdica.Las bases son las nicas que cambian .Cada 3 bases codifica un codn.

Estructura y funcin del genoma bacterianoEl material gentico de las bacterias se encuentra en el citoplasma, se le denomina nucleoide, cuerpo nuclear, regin nuclear, o cromosoma bacteriano

Esta compuesto de alrededor de 80% de DNA, 10% de RNA y 10% de protenas (RNA polimerasa).

En 1963 se logro aislar y extender el cromosoma de E. coli, determinndose que tiene una longitud de 1 mm. Es una tira circular doble y que se encuentra super enrollado.El termino genoma se refiere al conjunto completo de elementos genticos (genes) dentro de la clula.

Los procesos genticos requieren tres tipos de polmeros:Acido Desoxirribonucleico (DNA).Acido Ribonucleico (RNA)Protenas.

DNA: El cromosoma bacteriano nico contiene dos tiras complementarias de DNA que estn enrolladas alrededor una de la otra en patrn helicoidal, con los extremos unidos para formar una molcula circular.

Las molculas de DNA son de doble cadena con bases complementarias. Esta caracterstica le permite a una de las cadenas proporcionar la informacin para el copiado de la informacin en la otra cadena.Cada par de bases esta compuesto por una purina y una pirimidina.

Las purinas de una cadena forman puentes de hidrogeno con las pirimidinas.El par A-T con 2 uniones puente de H.El par G-C con tres uniones.Cada una de las cuatro bases esta unida a una fosfo-2-desoxiribosa para formar un nucletido.

La longitud de una molcula de DNA se expresa en miles de pares de bases o en kilobases (kb).El cromosoma de una bacteria, E. coli, es una molcula circular nica que contiene alrededor de 4,500,000 pares de bases o 4500 kb. Con una longitud aproximada de 1 mm.

RNA:

Existen 3 diferencias entre la qumica del DNA y la del RNA:Las macromolculas del RNA contienen el azcar ribosa en lugar de desoxirribosa.El RNA tiene la base uracilo en lugar de timina.El RNA no es una molcula de tira doble

Las bacterias contienen 3 tipos de RNA:

RNAm: (mensajero), su funcin es copiar el cdigo gentico del gen (DNA cromosmico) y llevar este mensaje al sitio de sntesis de protenas (Ribosomas).

RNAt (transferencia), traduccin del mensaje de RNA en una secuencia especifica de aminocidos.

RNA (ribosomal) sntesis de protenas.

ENZIMASToposisomerasa II: promueve el superenrollarmiento (DNA girasa)Toposisomerasa I: controla el desenrrollamiento.RNA polimerasa: hace que las dos tiras de DNA se desenrollen de modo que se pueda transcribir la informacin.RNAt

DNA ligasa: une los fragmentos sintetizados.

Primasa: inicia la sntesis de un fragmento roto.

RECOMBINACION GENETICAEs el proceso por el que los elementos genticos contenidos en dos genomas separados se juntan en una unidad.

Trae como consecuencia un cambio.

Se transfieren genes completos, grupos de genes o cromosomas completos.

Formas de RecombinacinTransformacin: el DNA libre se incorpora a una clula.Transduccin: La transferencia del DNA donador esta mediada por un virus.(fago).Conjugacin: la transferencia de DNA implica contacto clula clula y la presencia de un plsmido y de una estructura llamada pili.Los genes que estn en el cromosoma de las bacterias y en los plsmidos son aquellos que portan funciones especiales.Hay tres mecanismos que explican el pasaje de genes de una bacteria a otra:

I- TRANSFORMACIONEste descubrimiento fue uno de los hechos mas relevantes, pues condujo a experimentos que probaron que el DNA es el material gentico. Griffith (1920).Trabajos con Streptococcus pneumoniae.

No todas las bacterias tienen esta capacidad, sino clulas competentes que son capaces de tomar una molcula de DNA y lo integran a su cromosoma.

Intervienen: protenas especiales que intervienen en el trasporte e incorporacin del DNA.

Transformacion: Etapas Unin del DNA: protena asociada a la membrana: autolisina y nucleasas.Incorporacion del DNA: Primero se fija reversiblemente, luego se vuelve irreversible.3. Integracion del DNA: protena de unin, en el cromosoma protena RecA

Cuando una clula es capaz de tomar una molcula o un fragmento de DNA y transformarse se denomina clula competente.Solo algunas cepas poseen esta caracterstica, parece ser una propiedad hereditaria.

TRANSFORMACION

Es la mas utilizada por la ingeniera gentica consiste en la captacin directa del DNA del donador por la bacteria receptora o el pasaje de plsmidos de una bacteria a otra. Esta puede ser natural o puede ser forzada. Cuando es forzada se utiliza el CaCl ayuda a que salga el DNA.El shock elctrico hace que salga el DNA de la bacteria.

Experimento de Griffith

II.- TRANSDUCCIONEl DNA se transfiere de una clula a otra por medio de un virus: bacterifago.

Ciclo ltico.

Ciclo lisognico.

Dos mecanismos pueden ocurrir durante la TRANSDUCCION

CICLO LITICO

CICLO LISOGENICOEl cido nucleico viral no expresa sus genes, se integra en el genoma de la clula o queda libre a modo de plsmido.

El virus queda en forma de provirus.

Por distintos factores el provirus puede comenzar un ciclo normal o ltico.

CICLO LISOGENICO

Transduccin

TransduccinCuando un fago infecta a una bacteria, capta fragmentos del genoma de la clula hospedadora.Al infectar a otra bacteria el fago transductor puede transferir sus propios genes y tambin los de la clula hospedadora de la cual procede.

TransduccinPuede ocurrir de 2 formas:Transduccin generalizada: Cualquier porcin del genoma bacteriano pasa a formar parte del genoma de la partcula vrica.

Transduccin Transduccion especializada: El DNA de una regin especifica del cromosoma del hospedador se integra directamente en el genoma del virus.

No todos los fagos pueden transducir, ni todas las bacterias son transducibles.

TransduccinEl mecanismo de transduccin fue descubierto por Zinder y Lederberg (1952).Estudiando la recombinacin gentica entre diferentes cepas de Salmonella typhimurium.

III.-CONJUGACIONImplica el contacto clula clula.El material gentico transferido puede ser un plasmido, o una porcin del cromosoma.Una clula donadora trasmite la informacin gentica a otra clula, la receptora.La clula donadora posee el pili o pelo sexual.

CONJUGACION

conjugacinLa capacidad de la clulas para actuar como donantes se debe a la presencia de factor f o factor de fertilidad.Las clulas que carecen de factor f, son receptoras.

PLASMIDOSSon elementos genticos que se replican independientemente del cromosoma.Se encuentran dentro de la clula.Existen varios tipos de plasmidos.En E coli, se han aislado mas de 300

Tipos de plsmidosP. conjugativos: codifican pili sexuales y protenas necesarias para la transferencia de DNA.P. R (resistencia a los antibiticos, mercurio).P. Produccin de bacteriocinas y antibiticos.

Tipos de plsmidosPlasmidos de funciones fisiolgicas: Utilizacin de urea, Fermentacin de carbohidratos. Produccin de pigmentos.Plasmidos de virulencia: produccin de toxinas, enzimas, tumores.

E coli, posee un plasmido conjugativo llamado Factor F: - Capacidad para sintetizar pili. - Movilizacin del DNA para su transferencia. - Alteracin de receptores de la superficie de la clula.

Terapia genica

MUTACIONEs un cambio hereditario en la secuencia de bases del acido nucleico que constituye el genoma de un organismo.Fenotipo: las caractersticas observables de un organismo.Genotipo: constitucin gnica precisa de un organismo. (conjunto de genes)

MUTACIONESCepa silvestre: cepa aislada de la naturaleza.

Se pueden obtener mutantes de una cepa silvestre o de una derivada de esta.

Pueden ocurrir cambios perjudiciales, neutros o beneficiosos.

MUTACIONESM. Espontneas.Ocurren en la naturaleza, sin ser provocadas.Ej: efectos de la radiacin natural, que alteran la estructura de las bases de DNA. Errores en el apareamiento de bases.Tipos de mutantes: No capsulado, inmvil, fermentacin de azucares.

MUTACIONMutaciones inducidas por mutgenos, sustancias que inducen a mutaciones.Mutgenos qumicos: reaccionan directamente con el DNA, ocasionando cambios qumicos, en las bases.Acido nitroso, bromuro de etidio etc.Mutgenos fsicos: rayos UV, rayos X.

la luz ultravioleta cuando llega a una bacteria afecta directamente al cromosoma y produce dmeros de timina

Los mutgenos qumicos pueden alterar la estructura fsica o qumica del DNA .Ejemplo: el HNO2 sustituye los grupos aminos por radicales oxidrilo.

TIPOS DE MUTACIONMutacin por sustitucinMutacin por supresinMutacin por inversin Mutacin por insercin